眼形鉤類索具輥鍛模具設計淺析

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輥鍛是借助輥鍛機的一組或多組反向旋轉的輥鍛模具，使通過的金屬坯料擠壓產生塑性變形，從而得到所需鍛件或鍛坯的塑性成形工藝，是成形軋制(縱軋)的一種特殊形式。針對眼形鉤類產品，采用輥鍛制坯，就是充分利用輥鍛連續局部塑性變形的特點，制造預成形坯料，有效降低材料消耗、提升產成品鍛造質量，從而降低模鍛設備的噸位，進一步降低設備的功耗。我公司現有各類眼形鉤類索具100余個類別，涉及G80、G100索具產品500余個規格，面對公司產品規格種類眾多、生產效率低、交貨周期長、工人操作負擔大的缺點，我們通過對不同規格和類別的眼形鉤類索具進行論證和模擬分析，最終確定采用自動輥鍛機制坯替代空氣錘自由鍛制坯，有效解決了生產瓶頸。

一、輥鍛成形設計原理

輥鍛是在坯料的局部區域，通過擠壓使坯料連續變形的塑性加工工藝。加工時，兩鍛輥的軸心線平行，旋轉方向相反，輥鍛后根據截面積的變化，使坯料沿徑向拔長，如圖1所示。眼形鉤類索具是我司特色產品，普通鍛造材料利用率低，坯料在模腔放置不穩定，容易出現撕裂、缺材、斷裂等缺陷。因此，通過采用輥鍛制坯，有利于一次成形，以達到省力鍛造和提高材料利用率的目的。

二、眼形鉤類索具輥鍛模具設計

1模具設計步驟

⑴設計產品毛坯圖(圖2)和坯料預制成形圖(圖3)；⑵確定輥鍛模具所需道次；⑶選擇輥鍛模膛系；⑷各道次模膛設計和縱向尺寸計算；⑸數控加工成形模具及裝車驗證。

2設計毛坯圖和坯料預制成形圖

根據毛坯圖，繪制坯料預制成形圖，坯料的每個橫截面面積F按下式確定：F=Fd+2KFf式中：Fd為鍛件橫截面積(mm2)，Ff為飛邊槽橫截面積(mm2)，K為飛邊槽充滿系數。

3輥鍛模具所需道次確定

按照毛坯圖計算最大截面選定原始坯料尺寸后，按下式確定道次n：n=lnλs/lnλav；λs=F0/Fmin式中：λs為總延伸系數；λav為平均延伸系數，通常為1.4～1.6；F0為原坯料截面積；Fmin為輥鍛件最小截面積。本次采用的坯料直徑為35mm，截面積F0為961.6mm2，鍛件最小截面積為242.1mm2，代入公式可得：λs=961.6/242.1=3.97；n=ln3.97/ln1.4≈4.1。通過計算，最終確定道次為4是最適宜和最經濟的，道次排列示意圖見圖4。

4選擇輥鍛模膛系

輥鍛模膛系的選擇要滿足以下要求：⑴滿足模鍛對輥鍛件截面形狀的要求；⑵根據價格和供貨情況選擇截面為圓形、方形或矩形等的材料為原始坯；⑶應保證毛坯在模膛中有良好的穩定性。根據我公司常規采用的熱鍛用材料，基本都是圓鋼棒料，因此，決定采用圓形模膛系。

5各道次模膛設計和縱向尺寸計算

根據不同產品規格所需棒料的截面積、變形量和延展系數，我們可以確定每一道次模膛的截面積和長度。形狀和尺寸確定后，基于三維造型軟件對模膛截面進行參數化設計，對各道模膛建立實體特征。通過UG軟件做出初次模具造型，經模擬軟件對整個加工過程模擬，可以初步發現各種缺陷發生位置及失效形式，從而通過優化控制成形產品的質量。通過坯料在輥鍛進程中模擬分析，我們發現第二道次容易出現飛邊，經分析原因，由于第二道次設計的斜度較小，坯料在灌滿模腔后出現溢出，從而形成了飛邊。通過模擬，逐項修改模具截面積和模具角度，最終輥鍛模具設計如圖5所示。6數控加工成形模具及裝車驗證對模擬定型的模具造型，通過數控銑加工成最終的輥鍛模具，經熱處理后安裝到自動輥鍛機上試車，見圖6。通過實踐驗證，輥鍛機制坯較為理想，坯料各尺寸符合設計要求，后續通過加工工序生產出來的產品完全符合圖紙要求，鍛件無缺材、折疊、斷裂等缺陷，同時材料利用率提升約5%，進一步降低材料成本。

三、結束語

通過本次眼形鉤類索具輥鍛模具設計，公司實現了輥鍛模具從無到有。實踐表明，眼形鉤類索具采用輥鍛制坯，生產效率高，輥鍛機生產頻次快，可以連續工作，能與壓力機、模鍛錘相結合，適宜大批量生產，能有效減少壓力機和模鍛錘空行時間。輥鍛制坯形狀更精確，材料利用率更高，有效降低材料消耗、減少人工成本。產成品鍛造質量好，鍛件徑向纖維組織完整，有效減少毛坯的折疊、斷裂、缺材現象。產品強度大，耐疲勞壽命高。輥鍛機采用轉動靜壓力，沖擊、振動和噪聲小，符合環境保護要求。因此，利用輥鍛生產眼形鉤類索具，是一種經濟、高效、環保的新型鍛造生產方式。

作者:張體學 付善舉 張來星 秦威 劉運斌 單位:山東神力索具有限公司